Способ неразрушающего измерения свч-параметров сверхпроводника и датчик для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ю 6 2(00 ВиааеВЦЯфЭЮЕертщ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКО ИДЕТЕЛЬС Е аметров линии с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 121) 4785480/09(71) Институт прикладной физики АН СССР (72) Ю.И.Кошуринов(56) Коноводченко В,А. и др. Исследование резистивного состояния пленочных сверхпроводников методом лазерного зонда, - Физика низких температур, 1986, т. 12, ЬЬ 5, с, 548.Авторское свидетельство СССР М 896524, кл, 6 01 М 22/00, 1980.(54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАОЩЕГО ИЭМЕРЕНИЯ СВЧ-ПАРАМЕТРОВ СВЕРХПРОВОДНИКА И ДАТЧИК ДЛЯ ГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике СВЧ. Цель изобретения - повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критического тока Изобретение относится к измерительнои СВЧ-технике и может быть использовано для измерения электрических СВЧ-параметров, в том числе плотности критического тока, сверхпроводящих материалов в виде пленок, на локальных участках поверхности с размерами много меньшими длины волны СВЧ-излучения, используемого для измерения.Цель изобретения - повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критически тока сверхпровадника в широком диапазоне частот,На фиг. 1 приведена конструкция датчика, реализующего споссб неразрушающего применения СВЧ-параметров сверхпроводника; на фиг, 2 - датчик с установленным сверхпроводником, разрез..Б 2 1758529 А сверхпроводника в широком диапазоне частот. Способ неразрушающего изменения СВЧ-параметров сверхпроводника включает воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты 11 мощностью Р 1 и прием обращенного сигнала, дополнительное воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты 12 мощностью Р 2 Р 1, при этом сигнал частоты 11 модулируют по амплитуде с частотой 1 э, мощность сигнала частоты 11 плавно увеличивают до момента появления в отраженном сигнале составляющей на частоте модуляции 1 э, измеряют мощность Р 1 О частоты 11, соответствующую этому моменту, и по измеренной мощности определяют плотность критического тока сверхпроводника по математическому выражению, связывающему искомый и измеренные величины. 2 с. и 1 з,п.ф-лы, 2 ил. Предлагаемый способ основан на измерении изменений коэффициента отражения устройства в зависимости от уровня мощности падающего на исследуемый образец СВЧ-излучения частоты 11 путем модуляции с частотой 1 э амплитуды этого сигнала и последующего выделения в отраженном сигнале с частотой 12 составляющей на частоте модуляции 1 э, что позволяет существенно повысить чувствительность измерений, В предлагаемом способе измерений модулятором сигнала на частоте б является сама исследуемая среда, поэтому в модулированном сигнале на частоте 2 содержится информация о параметрах исследуемой среды.Датчик для измерения СВЧ-пар содержит отрезок 1 измерительныйразмерами много меньшими длины волны СВЧ излучения, расположенный в окне металлиэации 2 диэлектоической пластины 3, при этом один конецгрезка 1 измерительной линии подсоединен к металлизации 2 пластины 3, а другой - к трансформатору 4 СВЧ-моды полосковой линии 5, расположенной на другой стороне диэлектрической пластины 3, сонаправленно с отрезком 1 измерительной линии, трансформатор 4, выполненный в виде расширяющейся полоски металлической фольги, одной иэ своих сторон образует гальванический контакт б с полосковой линией 5, а углом 7, противолежащим этой стороне, подсоединен к отрезку 1 измерительной линии; на поверхности отрезка 1 измерительной линии и металлизацию 2 нанесена пленка 8 диэлектрика. При наложении на поверхность устройства (на пленку 8 диэлектрика) исследуемого сверхпроводящего образца 9 (фиг. 2) отрезок 1 измерительной линии пленка 8 диэлектрика и поверхность сверхпроводящего образца 9 образуют отрезок несимметричной полосковой линии 10, для которой земляным проводником является сверхпроводящая поверхность образца 9, При. этом участки 11 и 12 металлизации 2, расположенные вблизи обоих концов отрезка 1 измерительной линии совместно с диэлекгрической пленкой 8 и поверхностью образца 9, лежащей над участками 11 и 12 металлизации, образуют два плоских конденсатора большой емкости.Отрезок 1 измерительной линии с продольными и поперечными размерами много меньшими длины волны СВЧ излучения, расположенный в окне металлизации 2, может быть выполнен либо в виде полоски металла, либо в виде проводника круглого сечения, При этом поперечные размеры окна выбираются много больше поперечных размеров отрезка 1 для предотвращения возбуждения СВЧ моды щелевой линии между краями окна и отрезка 1, а продольные размеры окна выбираются порядка длины отрезка 1,Трансформатор 4 СВЧ-моды, изготовленный в виде полоски металлической фольги с плавно меняющейся шириной по всей длине, расположен.в пазе диэлектрической пластины 3, выполненном со стороны полосковой линии 5 вдоль ее оси в плоскости, перпендикулярной. пластине 3.Способ неразрушающего измерения СВЧ-параметров сверхпроводника осуществляют следующим образом.Через полосковую линию 5 на устройство с установленным на нем исследуемым образцом 9 подают два СВЧ-сигнала с частотами б и 2 и мощностью соответственно Р 1 и Р 2, 5 10 20 25 посредством емкости, образованной участком 12, осуществляется связь отрезка поло 30 35 40 45 50 55 причем Р 1Р 2. Сигнал частоты 11 модулирован по амплитуде с частотой модуляции 1 з. С помощью трансформатора 4 оба сигнала поступают на отрезок 1 измерительной линии, который вместе с поверхностью сверхпроводящего образца 9, расположенный над отрезком 1, и диэлектрической пленкой 8 между ними образуют отрезок несимметричной полосковой линии 10, для которой "земляным" проводником является сверхпроводящая поверхность образца 9 (см. фиг. 2), Поскольку каждый из участков 11, 12 металлизации 2, расположенных у концов отрезка 1, образует с поверхностью сверхпроводящего образца, расположенной над ним, плоский конденсатор большой емкости, то сопротивление этих конденсаторов на частотах СБЧ-излучения, в том числе на частотах т 1 и 12,оказывается много меньше волнового сопротивления Ь несим; метричной полосковой линии 10. При этомпосредством емкости, образованной участком 11 металлизации, осуществляется короткое замыкание полосковой линии 10, а . сковой линии 10 с трансформатором 4, Таким образом, локальный участок поверхности исследуемого образца 9, расположенный над отрезком 1 измерительной линии, оказывается включенный в тракт полосковой линии 10, Такой способ включения образца 9 в тракт линии 10 исключает проникновение моды СВЧ-поля в диэлектрическую подложку образца в случае исследования пленочного сверхпроводника. и поэтому параметры линии 10 не зависят от материала подложки сверхпроводника. Поскольку длина отрезка 1 измерительной линии выбрана много меньше длин волн СВЧ- излучения, в том числе излучения с частотами т 1 и 12, то токи в емкостях, образованных участками металлизации 11 и 12, можно считать в каждый момент времени равными и противоположно направленными. Поэтому возбуждения поля этими токами в области диэлектрической пленки 8 между металлизацией 2 и сверхпроводящей поверхностью образца 9 не происходит, что позволяет при измерениях пренебречь величиной потерь на излучение.Измерение критической плотности )с СВЧ-тока сверхпроводника 9 в локальной области, ограниченной размерами отрезка 1 измерительной линии, осуществляют, плавно увеличивая мощность Р 1 сигнала на частоте 11 до момента появления в применяемом отраженном сигнале на частоте 2 составляющей на частоте модуляции Э. Регистрируют соответствующее этому мо 1758529оменту значение мощности Р 1 сигнала частоты 1 и по нему определяют плотность критического тока сверхпроводящего образца 9 из соотношения:5О1+ИГР,Ео где Ю - поперечный размер отрезка 1;и - глубина проникновения СВЧ-токов всверхпроводник,Формула изобретения1. Способ нераэрушающего измеренияСВЧ-параметров сверхпроводника, включающий воздействие на исследуемый образецСВЧ-сигналом частоты т 1 мощностью Р 1 иприем отраженного СВЧ-сигнала и измерение коэффициента отражения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышениячувствительности и обеспечения измеренийплотности критического тока сверхпроводника в широком диапазоне частот, дополнительно на исследуемый образец воздействуютСВЧ-сигналом частоты 12 мощностью Р 2,Р 2Р 1, при этом сигнал частоты 1 модули"руют по амплитуде с частотой модуляции 1 з,а отраженный сигнал принимают на частотет 2, мощность сигнала частоты г 1 плавно уве-,личивают до момента 1 появления в отраженном сигнале составляющей на частотемодуляции 1 з, регистрируют соответствующее этому моменту значение мощности Р 1 Осигнала частоты т 1, по которой определяюткритический ток сверхпроводника по зависимости, связывающей искомый параметрс измеренными.2, Датчик для нераэрушающего измерения СВЧ-параметров сверхпроводника, со 40 держащий входной узел, отрезок измерительной линии и выходной узел, о т л и ч а ющ и й с я тем, что отрезок измерительной линии и входной узел выполнены на противоположных сторонах диэлектрической пластины, при этом отрезок измерительной линии выполнен в виде полоски металла или проводника круглого сечения с поперечными и продольными размерами, много меньшими длины волны СВЧ-излучения, и размещен в окне, выполненном в металлизации диэлектрической пластины, поперечные размеры которого много больше поперечных размеров отрезка измерительной линии, а продольные - порядка длины отрезка измерительной линии, при этом один конец отрезка измерительной линии подсоединен к металлизации диэлектрической пластины, а другой - через трансформатор СВЧ-моды подсоединен к входному узлу, выполненному в виде полосковой линии на противоположной стороне диэлектрической пластины, поверхность которой со стороны размещения отрезка измерительной линии покрыта диэлектрической пленкой,3, Датчик по п.2, отл и ч а ю щи й с я тем, что трансформатор СВЧ-моды выполнен в виде полоски металлической фольги с плавно меняющейся шириной вдоль всей ее длины, которая расположена в пазе диэлектрической пластины, выполненном со стороны полосковой линии вдоль ее оси в плоскости, перпендикулярной диэлектрической пластине, при этом полоска металлической фольги подсоединена к полосковой линии одной из своих боковых сторон, а противолежащим ей углом - к отрезку измерительнойй линии.Составитель Р.КузнецоваРедактор Л.Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор А.КозоризЗаказ 2995 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж, Раушская наб., 415Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101